CN112327904B - 基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，利用搭载有基于片剂性电化学传感器的有害气体快速检测单元、悬停高度检测单元、视频图像单元、定位单元、无线数传单元的无人机系统及数据接收平台进行空域范围内有害气体分布及溯源检测，实时向数据接收平台上传无人机在不同位置，不同高度检测到的有害气体浓度数据，并实时传输现场视频。本发明相对传统地面站测量方式，将测量方式从平面提高到了立体，极大的提高了对有害气体分布的认识；通过使用片剂型电化学传感器极大的降低了检测装置的重量，有利于延长无人机的滞空时间；通过有害气体分布的空间向量的构建，极大的提高了对有害气体扩散通道的发现和预判。
Description
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法。
背景技术
目前环境有害气体监测大多是依托地面建立的，通过广泛分布的网格化形式的固定式有害气体监测站点，并结合气象参数测量，实现对有害气体浓度的分布、溯源、扩散等情况的掌握。
当处于众多网格化的监测站点中的某一个点位，其监测到的有害气体浓度发生大的变化时，由于随着风速、风向等气象条件的变化，必然带动邻近站点的数据发生相应变化。利用这些特点可以获取特定污染物的实时分布状况，以及动态的扩散矢量，从而归化出污染物的源头。
现有方案最大的缺点在于监测点位普遍位于地面，个别点位设置在城市某些楼宇的楼顶，但适于安装的位置一般是5层以内，且点位有限。化工原料储运过程中发生突发性有害气体发生泄露、剧烈燃烧、爆炸等情况下，一般都会伴有高温或高压的能量释放过程，有害气体会随着热空气迅速爬升，并随着风速风向等自然条件作用下继续扩散。地面站想要捕捉到有害气体，则只能等待有害气体的逐步扩散和冷却后自然沉降(一般是分子量大于22.4的气体)，此时有害气体对人体产生的危害已然产生，失去了提前预警和防范的机会。因此，有必要尽可能早的找到有害气体产生的扩散路径，以便提前做出预案，人员疏散、消防等措施，这就要求在有害气体扩散的初始阶段进行检测，但此时的污染物主要存在于高空，普通地面站无法捕捉测量，因此需要一种能够在第一时间对环境中有害气体扩散做出判断的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，利用无人机搭载专用的轻量、小型化便携式检测设备，飞行至高空进行检测，实现在第一时间内对立体空域内有害气体分布情况做出判断。
本发明提供了一种基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，利用搭载有基于片剂性电化学传感器的有害气体快速检测单元、悬停高度检测单元、视频图像单元、定位单元、无线数传单元的无人机系统及数据接收平台进行空域范围内有害气体分布及溯源检测；
所述检测方法包括：
步骤1，无人机搭载的各检测单元启动并完成预热后升空，由高度检测单元闭环控制无人机悬停于相对起飞点地面设定距离上空，并通过无线数传单元回传起飞点位的检测浓度、位置信息以及当前悬停的相对地面高度和海拔高度；
步骤2，在相对高度不变的情况下，以起飞点经纬度坐标为圆心，设定距离为半径，飞行二个圆周，同时上传检测浓度数据；
步骤3，无人机爬升至相对高度为设定距离的空域，圆心坐标和半径不变，再飞行二个圆周，同时上传检测浓度数据；
步骤3，无人机继续爬升至相对高度为设定距离的空域，其他参数不变，再飞行二个圆周，同时上传检测浓度数据；
步骤4，步骤1至步骤3完成后，无人机可收回，并根据检测到的数据，得到位于起飞点地面上空，设定半径及高度的圆柱形空域范围内的有害气体浓度分布截面图；
步骤5，根据得到的有害气体浓度分布截面图规划出有害气体的空域扩散向量；
步骤6，根据规划出的空域扩散向量，规划出无人机的飞行路径，不断向高浓度方向搜索，找到污染源，进行实时抓拍和现场视频图像回传。
进一步地，所述无线数传单元采用4G或5G无线数传单元。
进一步地，所述定位单元为北斗和/或GPS定位单元。
借由上述方案，通过基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，具有如下技术效果：
1)相对传统地面站测量方式，将测量方式从平面提高到了立体，极大的提高了对有害气体分布的认识。
2)使用片剂型电化学传感器极大的降低了检测装置的重量，有利于延长无人机的滞空时间。
3)有害气体分布的空间向量的构建，极大的提高了对有害气体扩散通道的发现和预判。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一实施例中基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测的示意图；
图2是本发明一实施例中有害气体分布及溯源检测的浓度分布示意图；其中，a为高度为10M、20M、30M的水平面浓度分布示意图；b为垂直面高浓度分布示意图；c为垂直面低浓度分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1所示，本实施例利用搭载有基于片剂性电化学传感器的有害气体快速检测单元、悬停高度检测单元、视频图像单元、定位单元(北斗/GPS)、无线数传单元(4G/5G)的无人机(无人机及飞控主体)，可在一定空域范围内灵活移动的特点，通过搭载高精度，轻量化的片剂型电化学有害气体传感器及其快速检测装置，并结合北斗/GPS定位技术，4G/5G无线通讯网络，实时向数据监测(接收)平台上传无人机在不同位置，不同高度检测到的有害气体浓度数据，并实时传输现场视频。
参图2所示，在一具体实施例中，无人机搭载的各检测单元启动并完成预热后升空，由高度检测单元闭环控制无人机悬停于相对起飞点地面10米上空，并通过4G/5G无线通讯网络回传起飞点位的检测浓度、位置信息以及当前悬停的相对地面高度和海拔高度。之后在相对高度不变的情况下，以起飞点经纬度坐标为圆心，50米为半径，飞行2个圆周，同时上传检测浓度数据。完成后，无人机爬升至相对高度为10米的空域，圆心坐标和半径不变，再飞行2个圆周，同时上传检测浓度数据。完成后，无人机爬升至相对高度为10米的空域，其他参数不变，再飞行2个圆周，同时上传检测浓度数据。上述工作完成后，无人机可收回，同时根据检测到的数据，可以得到一个位于起飞点地面上空，半径为50米，高度为30米圆柱形空域范围内的有害气体浓度分布的截面图。根据实际工作需要，可以灵活减小飞行的阶梯高度，增加阶梯数量等多种方式提高有害气体浓度分布的截面图的密度。
该圆柱形截面图，反映出了其上每一个点的有害气体的浓度大小和相对起飞点所在的方位、高度。由于有害气体浓度一般都是从高浓度向低浓度方向扩散，结合通过无人机空域检测得到有害气体界面图，可以大致规划出有害气的空域扩散向量。
根据以上原理，可以通过扩散向量，规划出无人机的飞行路径，不断向高浓度方向搜索，找到污染源。同时，可以建立多机联合搜索模式，提高搜索效率。发现污染源时，可进行实时抓拍和现场视频图像回传。
该基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，具有如下技术效果：
1)相对传统地面站测量方式，将测量方式从平面提高到了立体，极大的提高了对有害气体分布的认识。
2)使用片剂型电化学传感器极大的降低了检测装置的重量，有利于延长无人机的滞空时间。
3)有害气体分布的空间向量的构建，极大的提高了对有害气体扩散通道的发现和预判。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，其特征在于，利用搭载有基于片剂性电化学传感器的有害气体快速检测单元、悬停高度检测单元、视频图像单元、定位单元、无线数传单元的无人机系统及数据接收平台进行空域范围内有害气体分布及溯源检测；
所述检测方法包括：
步骤1，无人机搭载的各检测单元启动并完成预热后升空，由高度检测单元闭环控制无人机悬停于相对起飞点地面设定距离上空，并通过无线数传单元回传起飞点位的检测浓度、位置信息以及当前悬停的相对地面高度和海拔高度；
步骤2，在相对高度不变的情况下，以起飞点经纬度坐标为圆心，设定距离为半径，飞行二个圆周，同时上传检测浓度数据；
步骤3，无人机爬升至相对高度为设定距离的空域，圆心坐标和半径不变，再飞行二个圆周，同时上传检测浓度数据；
步骤3，无人机继续爬升至相对高度为设定距离的空域，其他参数不变，再飞行二个圆周，同时上传检测浓度数据；
步骤4，步骤1至步骤3完成后，无人机可收回，并根据检测到的数据，得到位于起飞点地面上空，设定半径及高度的圆柱形空域范围内的有害气体浓度分布截面图；所述圆柱形空域范围内的有害气体浓度分布截面图反映其上每一个点的有害气体的浓度大小和相对起飞点所在的方位、高度；
步骤5，根据得到的有害气体浓度分布截面图规划出有害气体的空域扩散向量；
步骤6，根据规划出的空域扩散向量，规划出无人机的飞行路径，不断向高浓度方向搜索，找到污染源，进行实时抓拍和现场视频图像回传。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，其特征在于，所述无线数传单元采用4G或5G无线数传单元。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法，其特征在于，所述定位单元为北斗和/或GPS定位单元。
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